[发明专利]基于交流统计特征改变的JPEG图像比特流加密方法

说明书

一种基于交流统计特征改变的JPEG图像比特流加密方法，用户在JPEG比特流中由用户密钥选择部分图像块中最后一个非零交流系数熵编码进行加密，并作为秘密信息通过直方图平移方法隐藏到部分图像块熵编码中，由用户密钥和交流系数得到统计特性，自适应生成直流系数加密密钥和交流系数的加密密钥，分别对直流系数进行组间置乱和差分编码迭代置乱，对交流系数进行块内和块间置乱；接收者在加密比特流中提取秘密信息并进行解密，由用户密钥和加密比特流中交流系数统计特性恢复直流系数和交流系数加密密钥，并对交流系数和直流系数进行解密，恢复每个图像块熵编码中的交流系数熵编码，得到原始比特流。该方法安全性高，且加密文件扩展小。

技术领域

本发明涉及一种JPEG图像比特流加密方法。

背景技术

JPEG(Joint Photographic Experts Group)是网络空间中存储、传输及应用最常见的图像文件格式。JPEG压缩标准能够在低损的情况下将数字图像存储在很小的空间。随着云计算、云存储的快速发展，云端存储数据的安全性引起研究者的广泛关注。图像加密是保护图像内容隐私安全的有效手段。加密图像的空域数据会导致图像文件体积扩展严重，直接加密JPEG比特流为实现低存储空间下实现隐私保护的图像加密提供了可能的途径。JPEG图像具有特殊的编码方式，生成的加密图像需要与JPEG解码器兼容；因此对JPEG比特流加密是一个具有挑战性的研究课题。

近年来，研究者提出了许多JPEG比特流加密方法，在JPEG标准兼容、文件增量、安全性等方面取得了许多研究成果。最近，文献1(Z.Qian，H.Xu，X.Luo and X.Zhang，“NewFramework of Reversible Data Hiding in Encrypted JPEG Bitstreams，”IEEETransactions on Circuits and Systems for Video Technology，10.1109/TCSVT.2018.2797897.)提出了一种JPEG比特流加密域可逆数据隐藏方法，该方法根据秘密信息通过对交流系数进行直方图平移实现在加密JPEG比特流中可逆地隐藏数据。该方法通过基于密钥随机选择图像块实现了编码块的伪随机置乱，通过“直流再差分”有效避免了直流系数的越界，使生成的加密JPEG比特流与JPEG标准兼容，且其相应的解码图像类似随机噪声，实现了对图像视觉内容的保护。不过，该算法的直流编码扩展较大，导致加密JPEG图像文件体积增大。同时，当遭受已知明文攻击时，可能导致JPEG密文库中所有文件泄密的安全隐患。

2018年，文献2(He J，Huang S，Tang S，et al.JPEG Image Encryption withImproved Format Compatibility and File Size Preservation[J].IEEE Transactionson Multimedia，2018：1-1.)提出了一种JPEG图像加密方案。一方面，该算法利用加密前后交流系数具有相同分布的特性，自适应生成图像的加密密钥，而不是用相同密钥加密JPEG密文库中所有图像，提高了算法抵抗已知明文攻击的能力。不过，该算法采用的自适应生成密钥的“交流系数统计特征”在JPEG流加密前后完全相同，容易伪造，因此，该算法易受选择明文攻击；同时，该算法还设计一种“同号段内置乱与多次分组迭代置换”的DC差分系数加密方法，实现了DCT系数不越界和对加密JPEG图像视觉内容的保护，还有效降低了直流编码的扩展。不过，该算法的置乱都是在局部进行，缩小了DC加密的密文空间。

发明内容

本发明的是为了提供一种基于交流统计特征改变的JPEG图像比特流加密方法，该方法安全性高，文件扩展低。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种基于交流统计特征改变的JPEG图像比特流加密方法，包括如下步骤：

A、JPEG图像比特流加密：

A1、数据读取：